טיהור גז אמין ממימן גופרתי: עיקרון, אפשרויות יעילות ודיאגרמות מפעלים
גז טבעי המופק משדות לאספקה לצרכנים דרך צינורות מכיל תרכובות גופרית בפרופורציות שונות.אם לא תיפטר מהם, חומרים אגרסיביים יהרסו את הצנרת ויהפכו את האבזור לבלתי שמיש. בנוסף, כאשר שורפים דלק כחול מזוהם, משתחררים רעלים.
על מנת למנוע השלכות שליליות, מבוצע טיהור גז אמין ממימן גופרתי. זוהי הדרך הפשוטה והזולה ביותר להפריד רכיבים מזיקים מדלקים מאובנים. נספר לכם כיצד מתרחש תהליך ההפרדה של תכלילי גופרית, כיצד מתוכנן ופועל מפעל הטיהור.
תוכן המאמר:
מטרת ניקוי דלק מאובנים
גז הוא סוג הדלק הפופולרי ביותר. הוא מושך במחיר המשתלם ביותר וגורם לפחות נזק למצב הסביבתי. היתרונות שאין להכחישה כוללים את קלות השליטה בתהליך הבעירה והיכולת להבטיח את כל שלבי עיבוד הדלק במהלך הפקת אנרגיה תרמית.
עם זאת, המינרל הגזי הטבעי אינו כורה בצורתו הטהורה, משום במקביל להפקת גז, תרכובות אורגניות קשורות נשאבות מהבאר. הנפוץ שבהם הוא מימן גופרתי, שתכולתו נעה בין עשיריות לעשרה אחוזים או יותר, בהתאם לפיקדון.
מימן גופרתי הוא רעיל, מסוכן לסביבה ומזיק לזרזים המשמשים בעיבוד גז. כפי שכבר ציינו, תרכובת אורגנית זו אגרסיבית ביותר כלפי צינורות פלדה ושסתומי מתכת.
באופן טבעי, קורוזיה של המערכת הפרטית ו צינור גז ראשי, מימן גופרתי מוביל לדליפות של דלק כחול ולמצבים שליליים ומסוכנים ביותר הקשורים לעובדה זו. כדי להגן על הצרכן, תרכובות מזיקות לבריאות מוסרות מהדלק הגזי לפני מסירתו לצנרת.
על פי התקנים, תרכובות מימן גופרתי בגז המועבר בצינורות לא יכולות לעלות על 0.02 גרם/מ"ר. עם זאת, למעשה יש הרבה יותר מהם. על מנת להשיג את הערך המוסדר על ידי GOST 5542-2014, נדרש ניקוי.
שיטות קיימות להפרדת מימן גופרתי
בנוסף למימן גופרתי, השולט בין זיהומים אחרים, דלק כחול עשוי להכיל גם תרכובות מזיקות אחרות. ניתן למצוא בו פחמן דו חמצני, מרקטנים קלים ופחמן גופרתי. אבל מימן גופרתי עצמו תמיד ישלוט.
ראוי לציין שתכולה מינורית של תרכובות גופרית בדלק גז מטוהר מקובלת. נתון הסובלנות הספציפי תלוי במטרות שלשמן מיוצר הגז.לדוגמה, כדי לייצר אתילן אוקסיד, התכולה הכוללת של זיהומי גופרית חייבת להיות פחות מ-0.0001 מ"ג/מ"ר.
שיטת הניקוי נבחרת על פי התוצאה הרצויה.
כל השיטות הקיימות כיום מחולקות לשתי קבוצות:
- סורפת. הם כרוכים בספיגה של תרכובות מימן גופרתי על ידי מגיב מוצק (ספיחה) או נוזלי (ספיגה) עם שחרור שלאחר מכן של גופרית או נגזרותיה. לאחר מכן נפטרים או מעובדים את הזיהומים המזיקים המופרדים מהגז.
- מְזַרֵז. הם מורכבים מחמצון או הפחתת מימן גופרתי, והפיכתו לגופרית יסודית. התהליך מתבצע בנוכחות זרזים - חומרים המעוררים מהלך של תגובה כימית.
ספיחה כרוכה באיסוף מימן גופרתי על ידי ריכוזו על פני השטח של מוצק. לרוב, חומרים גרגירים המבוססים על פחמן פעיל או תחמוצת ברזל משמשים בתהליך הספיחה. שטח הפנים הספציפי הגדול האופייני לדגנים תורם לשמירה מקסימלית של מולקולות גופרית.
טכנולוגיית הספיגה שונה בכך שזיהומי מימן גופרתי בגז מומסים בחומר הנוזלי הפעיל. כתוצאה מכך, מזהמים גזים עוברים לשלב הנוזלי. ואז הרכיבים המזיקים המבודדים מוסרים על ידי הפשטה, אחרת ספיחה, בשיטה זו הם מסולקים מהנוזל התגובתי.
למרות העובדה שטכנולוגיית ספיחה מתייחסת ל"תהליכים יבשים" ומאפשרת טיהור עדין של דלק כחול, ספיגה משמשת לעתים קרובות יותר להסרת מזהמים מגז טבעי. איסוף וסילוק של תרכובות מימן גופרתי באמצעות סופגים נוזליים הוא רווחי ויעיל יותר.
שיטות הספיגה המשמשות לטיהור גז מחולקות לשלוש הקבוצות הבאות:
- כִּימִי. מיוצר באמצעות ממסים המגיבים בקלות עם מזהמים חומציים מימן גופרתי. לאתנולמינים או אלקנולמינים יש את יכולת הספיגה הגבוהה ביותר מבין סופגים כימיים.
- גוּפָנִי. הם מבוצעים על ידי המסה פיזית של גז מימן גופרתי בסופג נוזלים. יתרה מכך, ככל שהלחץ החלקי של המזהם הגזי גבוה יותר, תהליך הפירוק מתרחש מהר יותר. מתנול, פרופילן קרבונט וכו' משמשים כאן כבולמים.
- מְשׁוּלָב. בגרסה המעורבת של מיצוי מימן גופרתי, שתי הטכנולוגיות מעורבות. עיקר העבודה נעשית על ידי ספיגה, וטיהור עדין מתבצע על ידי סופחים.
במשך חצי מאה, הטכנולוגיה הפופולרית והפופולרית ביותר להפרדה והסרה של מימן גופרתי וחומצה פחמנית מדלקים טבעיים היא טיהור גזים כימיים באמצעות חומר סופג אמין המשמש בצורה של תמיסה מימית.
טכנולוגיית האמין מתאימה יותר לעיבוד כמויות גדולות של גז מכיוון:
- אין מחסור. תמיד ניתן לרכוש ריאגנטים בנפח הנדרש לניקוי.
- ספיגה מקובלת. אמינים מאופיינים ביכולת ספיגה גבוהה. מכל החומרים בהם נעשה שימוש, רק הם מסוגלים להסיר 99.9% מימן גופרתי מהגז.
- מאפייני עדיפות. תמיסות אמינים מימיות מאופיינות בצמיגות המקובלת ביותר, צפיפות אדים, יציבות תרמית וכימית וקיבולת חום נמוכה. המאפיינים שלהם מבטיחים את המהלך הטוב ביותר של תהליך הקליטה.
- אין רעילות של חומרים תגובתיים. זהו טיעון חשוב שמשכנע לנקוט בשיטת האמין.
- בַּררָנוּת. איכות נדרשת לספיגה סלקטיבית. הוא מספק את היכולת לבצע ברצף את התגובות הנחוצות בסדר הנדרש לתוצאה האופטימלית.
אתנולמינים המשמשים בשיטות כימיות לטיהור גז ממימן גופרתי ופחמן דו חמצני כוללים מונואתנולמינים (MEA), דיאתנולמינים (DEA) וטריאתנולמינים (TEA). יתרה מכך, חומרים בעלי הקידומות mono- ו-di- מוסרים מהגז ו-H2S, ו-CO2. אבל האפשרות השלישית עוזרת להסיר רק מימן גופרתי.
בעת ביצוע ניקוי סלקטיבי של דלק כחול, נעשה שימוש במתיל-דיאתנולמינים (MDEA), דיגליקולאמינים (DGA) ודיאיזופרופפנולמינים (DIPA). סופגים סלקטיביים משמשים בעיקר בחו"ל.
מטבע הדברים, סופגים אידיאליים העונים על כל דרישות הניקוי לפני מסירה למערכת חימום בגז ואספקת ציוד אחר עדיין לא קיימת. לכל ממס יש כמה יתרונות יחד עם חסרונות. בעת בחירת חומר תגובתי, פשוט קבע את המתאים ביותר מבין מספר מוצעים.
עקרון הפעולה של התקנה טיפוסית
כושר ספיגה מקסימלי ביחס ל-H2S מאופיין בתמיסה של מונואתנולמין. עם זאת, למגיב זה יש כמה חסרונות משמעותיים. הוא מאופיין בלחץ גבוה למדי וביכולת ליצור תרכובות בלתי הפיכות עם פחמן גופרתי במהלך פעולת יחידת טיהור גז האמין.
החיסרון הראשון מתבטל על ידי כביסה, וכתוצאה מכך אדי האמין נספגים חלקית. השני נתקל לעתים רחוקות במהלך עיבוד גזי שדה.
הריכוז של תמיסה מימית של מונואתנולמין נבחר בניסוי, ועל סמך המחקר שבוצע הוא משמש לטיהור גז מתחום מסוים. בחירת אחוז המגיב לוקחת בחשבון את יכולתו לעמוד בהשפעות האגרסיביות של מימן גופרתי על מרכיבי המתכת של המערכת.
תכולת ספיגה אופיינית היא בדרך כלל בטווח של 15 עד 20%. עם זאת, לעתים קרובות קורה שהריכוז גדל ל-30% או מופחת ל-10%, תלוי עד כמה דרגת הטיהור צריכה להיות גבוהה. הָהֵן. לאיזו מטרה, בחימום או בייצור תרכובות פולימריות, ישמש הגז.
שימו לב שעם הגדלת הריכוז של תרכובות אמינים, הפוטנציאל המאכל של מימן גופרתי יורד. אבל עלינו לקחת בחשבון שבמקרה זה צריכת המגיב עולה. כתוצאה מכך, העלות של גז מסחרי מטוהר עולה.
היחידה העיקרית של מפעל הטיהור היא בולם של הצלחת או מגוון רכוב. זהו מכשיר בעל אוריינטציה אנכית, הדומה למראה מבחנה, עם חרירים או לוחות ממוקמים בפנים. בחלקו התחתון ישנה כניסה לאספקת תערובת גז לא מטוהרת, בחלקה העליון יש יציאה לסורפר.
זרימת הגז, לאחר שעברה דרך מפריד הכניסה, נאלצת לתוך החלק התחתון של הבולם. לאחר מכן הוא עובר דרך צלחות או חרירים הממוקמים באמצע הגוף, שעליהם מופקדים מזהמים. החרירים, שהורטבו לחלוטין בתמיסת האמין, מופרדות זו מזו על ידי רשתות לפיזור אחיד של המגיב.
לאחר מכן, הדלק הכחול, מנוקה ממזהמים, נשלח ל-scrubber. מכשיר זה יכול להיות מחובר במעגל העיבוד לאחר הבולם או ממוקם בחלקו העליון.
התמיסה המושקעת זורמת במורד קירות הבולם ונשלחת לעמוד הפשטה - חשפן עם דוד. שם מנקים את התמיסה ממזהמים שנספגו על ידי אדים המשתחררים בהרתחה של מים על מנת להחזיר אותה למתקן.
התחדש, כלומר. משוחרר מתרכובות מימן גופרתי, התמיסה זורמת לתוך מחליף החום. בה מקררים את הנוזל בתהליך העברת החום לחלק הבא של התמיסה המזוהמת ולאחר מכן הוא נשאב למקרר לקירור מלא ועיבוי האדים.
תמיסת הספיגה המקוררת מוזנת בחזרה לתוך הסופג. כך מסתובב המגיב לאורך ההתקנה. האדים שלו גם מקוררים ומנוקים מזיהומים חומציים, ולאחר מכן הם ממלאים את אספקת הריאגנטים.
אם יש צורך להסיר בו זמנית CO מהגז המעובד2 וח2S, מתבצע ניקוי דו-שלבי.זה מורכב משימוש בשתי תמיסות השונות בריכוזן. אפשרות זו חסכונית יותר מניקוי בשלב אחד.
ראשית, דלק גזי מנוקה בהרכב חזק המכיל מגיב של 25-35%. לאחר מכן הגז מטופל בתמיסה מימית חלשה, שבה החומר הפעיל הוא רק 5-12%. כתוצאה מכך, ניקוי גס ועדין מבוצע תוך צריכת תמיסה מינימלית ושימוש סביר בחום הנוצר.
ארבע אפשרויות ניקוי אלקונולמין
Alconolamines או אמינו אלכוהול הם חומרים המכילים לא רק קבוצת אמינים, אלא גם קבוצת הידרוקסי.
תכנון המתקנים והטכנולוגיות לטיהור גז טבעי באלקנולאמינים נבדלים בעיקר בשיטת אספקת החומר הסופג. לרוב, ארבע שיטות עיקריות משמשות בניקוי גז באמצעות סוג זה של אמינים.
דרך ראשונה. קובע מראש את אספקת הפתרון הפעיל בזרם אחד מלמעלה. כל נפח הסופג מופנה לצלחת העליונה של המתקן. תהליך הניקוי מתרחש ברקע טמפרטורה של לא יותר מ-40ºС.
טכניקה זו משמשת בדרך כלל לזיהום קל בתרכובות מימן גופרתי ופחמן דו חמצני. ההשפעה התרמית הכוללת להפקת גז מסחרי היא, ככלל, נמוכה.
דרך שניה. אפשרות ניקוי זו משמשת כאשר יש תכולה גבוהה של תרכובות מימן גופרתי בדלק גזי.
במקרה זה, תמיסת המגיב מסופקת בשני זרמים. הראשון, בנפח של כ 65-75% מהמסה הכוללת, נשלח לאמצע המתקן, השני מסופק מלמעלה.
תמיסת האמין זורמת במורד המגשים ופוגשת את זרמי הגז העולים, הנאלצים אל המגש התחתון של יחידת הספיגה. לפני האספקה, התמיסה מחוממת ללא יותר מ-40ºC, אך במהלך האינטראקציה של הגז עם האמין, הטמפרטורה עולה באופן משמעותי.
כדי למנוע מיעילות הניקוי לרדת עקב עלייה בטמפרטורה, מוסר עודפי חום יחד עם תמיסת הפסולת הרוויה במימן גופרתי. ובחלק העליון של המתקן, הזרימה מקוררת על מנת לחלץ את הרכיבים החומציים הנותרים יחד עם הקונדנסט.
זוהי שיטה חסכונית המפחיתה את צריכת האנרגיה והפתרון האקטיבי כאחד. חימום נוסף אינו מתבצע בשום שלב. במהותו הטכנולוגית מדובר בטיהור דו-מפלסי, המעניק הזדמנות להכין גז מסחרי לאספקה לצנרת במינימום הפסדים.
דרך שלישית. זה כולל אספקת הבולם למתקן הניקוי בשני זרמים בטמפרטורות שונות. השיטה משמשת אם בנוסף למימן גופרתי ופחמן דו חמצני, הגז הגולמי מכיל גם CS2, ו-COS.
החלק השולט של הבולם, כ-70-75%, מתחמם ל-60-70ºС, והחלק הנותר רק ל-40ºС. זרימות מוזנות לתוך הבולם באותו אופן כמו במקרה שתואר לעיל: מלמעלה ולאמצע.
היווצרותו של אזור בטמפרטורה גבוהה מאפשרת להסיר במהירות וביעילות מזהמים אורגניים ממסת הגז בתחתית עמוד הניקוי. ובחלק העליון, פחמן דו חמצני ומימן גופרתי מושקעים על ידי אמין בטמפרטורה סטנדרטית.
שיטה רביעית. טכנולוגיה זו קובעת מראש את אספקת תמיסת אמין מימית בשני זרמים עם דרגות התחדשות שונות. כלומר, אחד מסופק בצורה לא מזוקקת, המכילה תכלילים של מימן גופרתי, השני - בלעדיהם.
הנחל הראשון לא יכול להיקרא מזוהם לחלוטין. הוא מכיל רק חלקית רכיבים חומציים, מכיוון שחלקם מוסרים במהלך הקירור ל-+50º/+60ºC במחליף החום. זרימת תמיסה זו נלקחת מזרבובית החשפן התחתונה, מקוררת ומכוונת לחלק האמצעי של העמוד.
רק אותו חלק מהתמיסה שנשאב למגזר העליון של המתקן עובר ניקוי עמוק. הטמפרטורה של זרם זה בדרך כלל אינה עולה על 50ºС. כאן מתבצע ניקוי עדין של דלק גזי. תוכנית זו מאפשרת לך להפחית עלויות ב-10% לפחות על ידי הפחתת צריכת הקיטור.
ברור ששיטת הניקוי נבחרת על סמך הימצאות מזהמים אורגניים והיתכנות כלכלית. בכל מקרה, מגוון הטכנולוגיות מאפשר לך לבחור את האפשרות הטובה ביותר. באותו מתקן לטיפול בגז אמין ניתן לגוון את דרגת הטיהור, קבלת דלק כחול עם הדרוש לעבודה דודי גז, תנורים, תכונות תנורים.
מסקנות וסרטון שימושי בנושא
הסרטון הבא יציג בפניכם את הפרטים הספציפיים של הפקת מימן גופרתי מגז קשור המיוצר יחד עם נפט על ידי באר נפט:
הסרטון יציג את המתקן לטיהור דלק כחול ממימן גופרתי להפקת גופרית יסודית לעיבוד נוסף:
מחבר הסרטון הזה יגיד לך איך להיפטר מימן גופרתי מביוגז בבית:
הבחירה בשיטת טיהור הגז מתמקדת קודם כל בפתרון בעיה ספציפית. למבצע יש שתי אפשרויות: לעקוב אחר תכנית מוכחת או להעדיף משהו חדש. עם זאת, הקו המנחה העיקרי עדיין צריך להיות כדאיות כלכלית תוך שמירה על איכות וקבלת מידת העיבוד הנדרשת.
